Espectroscopia de impedência eletroquímica para o estudo da corrosão em torres de transmissão de energia elétrica

Abstract

Resumo: A corrosão nos sistemas de ancoragem das torres estaiadas de linhas de transmissão de energia elétrica compromete a sua integridade mecânica com o decorrer dos anos, podendo ocasionar, até mesmo, a queda de uma estrutura, e consequentemente a interrupção no fornecimento de energia elétrica, resultando em prejuízos diretos e indiretos à concessionária e à sociedade. Apesar da importância deste tipo de ancoragem na segurança e na confiabilidade das torres estaiadas, as técnicas utilizadas para o diagnóstico do processo da corrosão das hastes de âncora imersas em meio cimentício e em solos de diferentes graus de corrosividade, não têm mostrado resultados conclusivos sobre seu estado de conservação e a necessidade de manutenção preventiva. Assim, como participação científica na área, foi avaliado o mecanismo de corrosão envolvido neste processo, em decorrência de seus contatos com o solo agressivo e de falhas no encapsulamento na pasta de cimento, que é aplicada durante as suas fixações no solo. Com isso, foram propostas novas metodologias para estimar a resistividade do solo em campo e de diagnóstico de falhas no seu encapsulamento, baseadas na identificação das constantes de tempo relacionadas à estrutura de poros da pasta de encapsulamento, pela técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica, EIS, em conjunto com a avaliação da distribuição das constantes de tempo (DRT), até então identificadas somente pela técnica de relaxometria de ressonância magnética nuclear (RMN). Como principais resultados, foi possível evidenciar um dos mecanismos de corrosão e identificar que a os processos corrosivos severos ocorreram em hastes de âncora localizadas em solos com baixa resistividade (< 15,0 Ômega.m) e com a presença de falhas no encapsulamento cimentício. Os resultados de resistividade elétrica do solo por EIS foram considerados estatisticamente iguais ao método normatizado de laboratório. Também foi possível detectar a presença da pasta de cimento em solos com resistividades de 4,0 - 200 Ômega.m, pela identificação da constante de tempo em 0,10 ms, atribuída à água presente nas intercamadas do gel de silicato de cálcio hidratado (CS- H). Adicionalmente, na pesquisa, foi proposta a utilização de medidas de potencial de circuito aberto (OCP) em conjunto com a análise de resistividade do solo e de falhas no encapsulamento, para obter informações sobre o estado da haste de âncora em solos essencialmente não corrosivos, evitando a troca de hastes de âncora íntegras. Assim, pelas técnicas desenvolvidas em laboratório, pode ser possível certificar e estimar o momento de manutenção das hastes de âncora em condições similares de exposição ambiental, aumentando a confiabilidade e reduzindo os custos no setor elétrico, podendo-se, inclusive, extrapolar sua utilização em outras áreas que necessitem avaliar o processo de corrosão de sistemas similares a este.

Abstract: Corrosion in the anchorage systems of guyed towers of electric power transmission lines compromises their mechanical integrity over the years, and may even cause a structure failure, and consequently the interruption in the electricity supply, resulting in direct and indirect losses to the concessionaire and society. Although the importance of this type of anchoring in the safety and reliability of guyed towers, the techniques used to diagnose the corrosion process of encased anchor rods buried in soils of different degrees of corrosivity, have not shown conclusive results on their state of conservation and the need for preventive maintenance. Thus, as scientific participation in the area, in this research the corrosion mechanism of the anchor rods was evaluated, where it was identified that the corrosion occurred due to the contact of the steel with the corrosive soil, as a result of failures in the cement paste encasement, which is applied during its fixation on the ground. Thus, new methodologies were proposed to estimate the resistivity of the soil in the field and to diagnose encasement failures. These were based on the identification of the time constants related to the pore structure of the cement paste, identified only by the technique of nuclear magnetic resonance (NMR) relaxometry, using the technique of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) together with the evaluation of the distribution relaxation times constants (DRT). As main results, it was possible to evidence one of the existing mechanisms of corrosion and to identify that the severe corrosive processes occurred in anchor rods located in soils with low resistivity (< 15,0 Omega.m) and with the presence of failures in the cement paste encasement. The results of electrical resistivity of the soil by EIS were considered statistically equal to the standard laboratory method. It was also possible to detect the presence of cement paste in soils with resistivities of 4.0 - 200 Omega.m, by identifying the time constant in 0.10 ms, attributed to water present in the interlayer of hydrated calcium silicate gel (CSH). Additionally, in the research, it was proposed to use open circuit potential (OCP) measures in conjunction with the analysis of soil resistivity and encasement failures, to obtain information on the state of the anchor rod in essentially non-corrosive soils, avoiding the exchange of uncorroded anchor rods. Thus, by the techniques developed in the laboratory, it may be possible to certify and estimate the moment of maintenance of the anchor rods in similar conditions of environmental exposure, increasing the reliability and reducing the costs in the electric sector, and it may even be possible to extrapolate its use in other areas that need to evaluate the corrosion process of systems similar to this one.